МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра «Інформаційні технології»
ЗВІТ
з переддипломної практики
Тема дипломного проекту:
«Програмні засоби відображення наукової графіці»
Виконав:
студент КБФ 6/4 Дроздов К.В.
Керівник переддипломної практики:
доц., к. ф-м н. Розум М.В.
Керівник диплома:
ст. викл. Челабчі В.В..
Одеса – 2012
Зміст
Введення 3
1 Подання двовимірних даних у формі цифрових зображень 6
2 Системи растрової графіки 8
3 Спеціалізовані системи обробки зображень 9
4 Системи обробки даних дистанційного зондування 11
5 Системи інженерних обчислень 12
6 Системи, орієнтовані на візуалізацію двовимірних даних 13
7 Система AM Lab Hesperus 15
8 Програмний комплекс FlowVision 17
9 Програмний комплекс Gas Dynamics Tool (GDT) 20
10 Подання векторних полів у пакеті FLUENT 21
Література 23
Введення
Із завданням наочного подання й аналізу більших масивів числової інформації зіштовхуються в багатьох областях. Це моделювання, обробка результатів експериментів, аналіз даних дистанційного зондування, рішенні різних інженерних завдань.
Многим ученим, студентам і інженерам часто доводиться мати справа із двовимірними наборами чисел. Такими наборами можуть бути як результати чисельного моделювання, так і дані, отримані з різних приладів. Для одержання, обробки й візуалізації цих даних на комп'ютері потрібно спеціальне програмне забезпечення [1-3].
На сьогоднішній день існує досить велика кількість засобів обробки й візуалізації наукових даних, призначених для роботи під операційними системами сімейства UNIX, однак у своїй абсолютній більшості таких програм мають досить недружелюбний інтерфейс. Незважаючи на те, що робота з UNIX – системами дуже поширена в науковому співтоваристві, прагнення сучасних користувачів переходити на дружелюбний і інтуїтивний інтерфейс Windows очевидно. Швидкі темпи розвитку персональних комп'ютерів спричиняються перехід все більшого числа вчених і студентів саме на ці системи.
Можна вказати ряд можливостей, необхідність яких для обробки описуваних даних уже на сьогоднішній день є очевидною.
Перша з таких можливостей - читання вихідних даних користувача, які, як правило, зберігаються у вигляді файлів різного типу. Спосіб зберігання даних багато в чому визначається способом їхнього одержання, наприклад, дані можуть бути результатом роботи користувальницької програми, або інформацією, отриманої від когось приладу. Файли, що зберігають дані, можуть бути текстовими (матриці або списки чисел), двійковими (байтовые масиви, що реалізують той або інший тип даних), представленими в спеціалізованому науковому або технічному форматі (CEOS, HDF і т.п.), стандартними графічними файлами (BMP, TIFF і т.д.).
Другим завданням, що випливає за читанням даних, є можливість їхнього перегляду. Перегляд може здійснюватися в різному виді, наприклад у формі таблиць чисел, у формі зображень, тривимірних поверхонь, ліній рівня й т.п. Завдання перегляду повинна бути вирішена таким чином, щоб користувач міг охопити набір даних, як у цілому, так і докладно вивчити їхня довільна ділянка, аж до значення конкретного елемента. Бажано щоб цей перегляд, будучи наочним, був досить прост і швидким, а також не сповільнював роботу користувача. Коректна візуалізація надзвичайно важлива, оскільки від її часто залежить правильність інтерпретації фізичних явищ, що лежать в основі представлених даних. Як ілюстрація цієї думки приведемо три зображення (Рис.1).
Рис.1а Карта висот острівної ділянки місцевості (цифрова модель рельєфу). Застосовано топографічне розфарбування. |
Рис.1б Карта висот острівної ділянки місцевості. Застосовано розфарбування за допомогою стандартної палітри "Веселка". |
|
Рис.1в Карта висот острівної ділянки місцевості. Тривимірне (перспективне) зображення з використанням топографічного розфарбування. |
На них різними способами представлені ті самі дані розподіли висот на ділянці Земної поверхні. У першому випадку дані представлені у вигляді зображення з топографічним розфарбуванням; у другому взяте те ж зображення, але використана стандартна так звана райдужна палітра; на третьому дані представлені у вигляді поверхні. Із приклада видно, наскільки різним буде сприйняття побаченого залежно від використовуваного способу візуалізації. Третє завдання - це обробка й аналіз даних. Не торкаючись питань узкоспециализированной обробки й аналізу, назвемо ті інструменти, без яких, як правило, не обійтися. Це інтерполяція, що дозволяє одержати масив даних більшого або меншого розміру. Трансформація, що дозволяє здійснювати вирізання ділянки, поворот, відбиття й подібні перетворення масивів даних. Фільтрація, що видаляє випадкові сплески або шуми апаратури. Спектральний аналіз, що дозволяє вивчити дані в частотній області. Примітивний статистичний аналіз: обчислення середнього, дисперсії, побудова гистограммы. При цьому бажано щоб як обробка, так і аналіз вироблялася з тією же точністю, з якої представлені вихідні дані.
Зрозуміло, яким би широким не був набір функцій, підтримуваний програмою, у користувачів завжди з'явиться потреба в їхньому розширенні. Особливо це ставиться до програм, призначеним для наукових досліджень, оскільки в розробці нових засобів і методів саме й складається науковий пошук. Отже, важливою особливістю наукової програми є її розширюваність, тобто можливість додавання користувачем власних методів обробки й аналізу.
І останній важливий аспект - можливість подання даних і результатів їхнього аналізу у вигляді, готовому для додавання у звіт або статтю. Зокрема, для користувача буде зручно, якщо все графіки, шкали й гистограммы, отримані в ході аналізу й візуалізації, можна буде переносити в інші програми (наприклад, Microsoft Word або CorelDraw) у векторній формі. Така форма подання дуже зручна як при печатці статті, так і при виводі результатів на великий плакат.
Маючи на увазі описані вимоги, розглянемо ряд програм, у тім або іншому ступені вирішальні поставлені завдання, але на початку торкнемося важливого питання про подання даних у вигляді цифрових зображень.